一種河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法，屬于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的確定方法領(lǐng)域。其步驟為：（1）確定水體沉積物不同點(diǎn)位中重金屬污染物的濃度水平；（2）統(tǒng)計(jì)分析水體沉積物中各類重金屬污染物濃度數(shù)據(jù)的分布特征；（3）使用公式計(jì)算某一種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；（4）計(jì)算最終結(jié)果；（5）繪制數(shù)值分布曲線；（6）計(jì)算評價(jià)水體中各種重金屬污染物所造成的總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)HRI，繪制HRI數(shù)值的累積概率分布曲線；（7）對照風(fēng)險(xiǎn)級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析水體總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)HRI在不同風(fēng)險(xiǎn)級別出現(xiàn)的概率。本發(fā)明適用于河流和湖泊沉積物中重金屬污染程度的判別和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的識別，可為水體污染控制和水生態(tài)管理服務(wù)。
【專利說明】一種河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的確定方法領(lǐng)域，尤其涉及一種河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城鄉(xiāng)建設(shè)和礦產(chǎn)開發(fā)利用等活動的快速發(fā)展，大量重金屬污染物被排放到河流和湖泊等環(huán)境水體中。重金屬在水中不能被分解，易與其它物質(zhì)結(jié)合，在懸浮物和表層沉積物的吸附作用下沉積到水體底部的沉積物中。沉積物是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，既為水體中的生物提供營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)又可能成為水體污染的內(nèi)源。在一定條件下，富集于沉積物中的重金屬會再次進(jìn)入水體而造成二次污染，持續(xù)危害水體生態(tài)環(huán)境，并通過食物鏈危害人類健康。因此，沉積物成為評價(jià)水體重金屬污染程度和水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的重要對象。
[0003]美國國家環(huán)保署1995年提出海洋和河口灣沉積物中污染物的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)參考值法，主要是根據(jù)北美海岸和河口沉積物的大量數(shù)據(jù)確定了風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)低值ERUEffectsrange-low)和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中值ERM(Effects range-median),但因存在地域差異,不適合其它區(qū)域使用。而河流和湖泊沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，國際上應(yīng)用最為廣泛的是瑞典學(xué)者Hankanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法，不僅考慮底泥重金屬的含量，而且將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系在一起，采用可比的、等價(jià)屬性指數(shù)分級法進(jìn)行評價(jià)。我國在河流湖泊沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識別方面也開展了一些研究工作，但多參考使用Hankanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法,總體來上起步較晚，尚處于探索階段。
[0004]Hankanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法作為劃分沉積物污染程度及其水體潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的一種相對快速、簡便的方法，根據(jù)評價(jià)水體沉積物中重金屬的平均濃度與背景值相比，再乘以毒性調(diào)整系數(shù)，獲得生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值，是一種點(diǎn)估計(jì)方法。但事實(shí)上，水體沉積物中的重金屬濃度在不同區(qū)域和時(shí)段內(nèi)可能存在較大差異，依靠平均濃度計(jì)算的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值及其風(fēng)險(xiǎn)等級劃分，不能反映風(fēng)險(xiǎn)問題的不確定屬性和概率特點(diǎn)。因此，需要開發(fā)能反映水體沉積物中的重金屬濃度波動特點(diǎn)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概率屬性的風(fēng)險(xiǎn)分析方法，為合理制定水生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施提供更科學(xué)可靠的依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題:
[0006]針對傳統(tǒng)沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識別和確定方法在處理不確定性方面的不足和問題，本發(fā)明建立起一種河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法，基于蒙特卡羅抽樣的抽樣計(jì)算，適用于河流和湖泊沉積物中重金屬污染程度的判別和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的識別，可為水體污染控制和水生態(tài)管理服務(wù)。
[0007]2.技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:[0009]一種河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法，其包括以下步驟:
[0010](I)采集水體沉積物樣品進(jìn)行檢測分析，確定水體沉積物不同點(diǎn)位中重金屬污染物的濃度水平；
[0011](2)統(tǒng)計(jì)分析水體沉積物中各類重金屬污染物濃度數(shù)據(jù)的分布特征；
[0012](3)使用公式Ei =T; +ζ Q/C計(jì)算某一種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其中￡:
代表第i種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ci代表水體沉積物中第i種重金屬污染物的濃度實(shí)測值(mg/kg); 代表該重金屬污染物的工業(yè)化前背景值(mg/kg); 7^代表第i種重金屬污
染物的生態(tài)毒性系數(shù)；C;和7；i從公開的文獻(xiàn)報(bào)道中獲??；
[0013](4)依據(jù)Ci的數(shù)值分布特征，應(yīng)用蒙特卡羅方法進(jìn)行抽樣計(jì)算。e平均值穩(wěn)定時(shí)，即兩次運(yùn)算的平均值差異小于5%時(shí)的抽樣次數(shù)為最終抽樣次數(shù)，相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果為I最終結(jié)果；
[0014](5)繪制數(shù)值分布曲線，確定第i種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布特征:對照風(fēng)險(xiǎn)級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析不同風(fēng)險(xiǎn)級別出現(xiàn)的概率；e數(shù)值出現(xiàn)在高風(fēng)險(xiǎn)等級的概率越高，則表明該種重金屬污染物對生態(tài)系統(tǒng)造成的潛在危害水平越高，越需要進(jìn)行優(yōu)先控制；
[0015](6)應(yīng)用公式HRI =Σ&計(jì)算評價(jià)水體中各種重金屬污染物所造成的總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)HRI。使用蒙特卡羅抽樣方法進(jìn)行抽樣計(jì)算，根據(jù)抽樣結(jié)果繪制HRI數(shù)值的累積概率分布曲線；
[0016](7)對照風(fēng)險(xiǎn)級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析水體總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)HRI在不同風(fēng)險(xiǎn)級別出現(xiàn)的概率，HRI數(shù)值出現(xiàn)在高風(fēng)險(xiǎn)等級的概率越高，則表明該水體中重金屬污染物對生態(tài)系統(tǒng)造成的潛在危害水平越高，越需要采取重金屬污染治理和水生態(tài)監(jiān)管措施。
[0017]3.有益效果:
[0018]本發(fā)明提供了河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法，基于蒙特卡羅抽樣的理論，使用蒙特卡羅抽樣方法處理傳統(tǒng)點(diǎn)估計(jì)值方法中對不確定性問題處理的不足，以反映水體沉積物中重金屬濃度的波動特點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)的概率屬性，適用于河流和湖泊沉積物中重金屬污染程度的判別和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的識別，為水體污染控制和水生態(tài)管理提供科學(xué)可靠的依據(jù)。該方法可廣泛應(yīng)用于河流和湖泊水體沉積物中的重金屬污染物所造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析中，以及相應(yīng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施的制定中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為某湖泊沉積物中重金屬污染物的總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)累積概率分布圖【具體實(shí)施方式】
[0020]以下通過實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]某湖泊沉積物中重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析:
[0023](I)收集某湖泊沉積物中鎘、鉻、銅、鉛、鋅、汞、砷等7種重金屬污染物的濃度數(shù)據(jù)，每種重金屬污染物至少有3個(gè)點(diǎn)位的濃度數(shù)據(jù)，并且不同點(diǎn)位間針對同一種污染物所用的檢測分析方法相同；
[0024](2)統(tǒng)計(jì)分析表明該湖泊水體沉積物中各類重金屬污染物的濃度數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，相應(yīng)的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)數(shù)值見表1 ;
[0025](3)使用公式B; ; T: H 計(jì)算各重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其中￡:代表
第i種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ci代表水體沉積物中第i種重金屬污染物的濃度
(mg/kg) ； ^代表該重金屬污染物的工業(yè)化前背景值(mg/kg) 代表第i種重金屬污染
物的生態(tài)毒性系數(shù)。和T*.:來源于公開的文獻(xiàn)報(bào)道(Lars Hakanson, An ecological riskindex for aquatic pollution control-A sedimentological approach, 1980),見表 2 ;
[0026](4)依據(jù)G數(shù)值的正態(tài)分布特征和表1中的統(tǒng)計(jì)數(shù)值，應(yīng)用蒙特卡羅方法進(jìn)行抽
樣計(jì)算。平均值穩(wěn)定，即兩次運(yùn)算的平均值差異小于5%時(shí)的抽樣次數(shù)為5000次，將其作為最終抽樣次數(shù)，相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果為最終結(jié)果；
[0027](5)繪制￡:數(shù)值分布曲線，確定第i種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布特征:對照風(fēng)險(xiǎn)級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析不同風(fēng)險(xiǎn)級別出現(xiàn)的概率，見表3。在各污染物中，鉻、銅、鉛、鋅均為低風(fēng)險(xiǎn)；汞、砷總體上處于低-中度風(fēng)險(xiǎn)水平；該湖泊沉積物中鎘總體上處于中度-高風(fēng)險(xiǎn)水平，達(dá)到極高風(fēng)險(xiǎn)級別的概率也有18.1%，表明沉積物中鎘對生態(tài)系統(tǒng)造成的潛在危害水平高，需要進(jìn)行優(yōu)先控制；
[0028](6)應(yīng)用公式HRi =Σ K計(jì)算評價(jià)水體中各種重金屬污染物所造成的總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)。使用蒙特卡羅抽樣方法進(jìn)行5000次的抽樣計(jì)算，根據(jù)抽樣結(jié)果繪制HRI數(shù)值的累積概率分布曲線，見圖1 ;
[0029](7)對照風(fēng)險(xiǎn)級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析水體總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)HRI在不同風(fēng)險(xiǎn)級別出現(xiàn)的概率，見表4。結(jié)果表明，HRI平均值為347，如果僅按傳統(tǒng)的點(diǎn)估計(jì)值來判斷，該湖泊處于中度風(fēng)險(xiǎn)水平。然而由圖1的HRI數(shù)值的累積概率分布曲線可知，HRI值處于低風(fēng)險(xiǎn)級別的概率為5.8%，較低風(fēng)險(xiǎn)級別的概率為36.5%，處于中度風(fēng)險(xiǎn)級別的概率為51.6%，高風(fēng)險(xiǎn)級別的概率為6.1%，即該湖泊沉積物中重金屬污染物的總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平為較低-中度級別，需要予以關(guān)注，防止污染形勢惡化。可見，采用平均值的點(diǎn)估計(jì)分析方法導(dǎo)致湖泊的總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平被高估，而本方法更客觀準(zhǔn)確地確定了該湖泊水體沉積物中重金屬污染物所造成的
[0030]生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
[0031]表1某湖泊沉積物中重金屬濃度數(shù)據(jù)(mg/kg)
[0032]
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【權(quán)利要求】
1.一種河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法，其步驟為: (1)采集水體沉積物樣品進(jìn)行檢測分析，確定水體沉積物不同點(diǎn)位中重金屬污染物的濃度水平； (2)統(tǒng)計(jì)分析水體沉積物中各類重金屬污染物濃度數(shù)據(jù)的分布特征； (3)使用公式Ci計(jì)算某一種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其中[-代表第i種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；代表水體沉積物中第i種重金屬污染物的濃度實(shí)測值(mg/kg) ； C代表該重金屬污染物的工業(yè)化前背景值(mg/kg) ; TV代表第i種重金屬污染物的生態(tài)毒性系數(shù)； (4)依據(jù)q的數(shù)值分布特征，應(yīng)用蒙特卡羅方法進(jìn)行抽樣計(jì)算，￡:平均值穩(wěn)定時(shí)，即兩次運(yùn)算的平均值差異小于5%時(shí)的抽樣次數(shù)為最終抽樣次數(shù)，相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果為最終結(jié)果； (5)繪制I數(shù)值分布曲線，確定第i種重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布特征:對照風(fēng)險(xiǎn)級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析不同風(fēng)險(xiǎn)級別出現(xiàn)的概率；^數(shù)值出現(xiàn)在高風(fēng)險(xiǎn)等級的概率越高，則表明該種重金屬污染物對生態(tài)系統(tǒng)造成的潛在危害水平越高，越需要進(jìn)行優(yōu)先控制； (6)應(yīng)用公式HRI計(jì)算評價(jià)水體中各種重金屬污染物所造成的總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)HRI，使用蒙特卡羅抽樣方法進(jìn)行抽樣計(jì)算，根據(jù)抽樣結(jié)果繪制HRI數(shù)值的累積概率分布曲線； (7)對照風(fēng)險(xiǎn)級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析水體總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)HRI在不同風(fēng)險(xiǎn)級別出現(xiàn)的概率，從而確定河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種河湖沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確定方法，其中步驟(7)中當(dāng)HRI數(shù)值出現(xiàn)在高風(fēng)險(xiǎn)等級 的概率越高，則表明該水體中重金屬污染物對生態(tài)系統(tǒng)造成的潛在危害水平越高，越需要采取重金屬污染治理和水生態(tài)監(jiān)管措施。
【文檔編號】G06F19/00GK103886217SQ201410137454
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】吳海鎖, 李冰, 曲常勝, 王水, 宛文博, 周家艷 申請人:江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院